利用PLIF和Mie散射研究煤油在超声速气流中的雾化场现象

研究内容为：（1）在直连式煤油超燃冷态雾化实验台上，对含平板和凹槽燃烧室结构，利用PLIF和高速纹影，研究煤油在超声速气流中的雾化、混合现象，给出扩散范围、穿透深度等数据。（2）基于Mie光散射思想，探索以线阵CCD为探测器的单点/多点粒径在线定量测量方法。基于片光Mie散射，给出雾化场指定截面的粒径定性光强分布。（3）基于示踪剂PLIF和LAS方法，测量雾化场指定截面煤油蒸气相浓度的定性分布。意义是：将煤油超燃雾化的光学诊断由定性向在线、定量测量过渡，由单点测量向获取不同截面雾化参数分布图像过渡，为搞清煤油雾化现象和机理提供基础，也为煤油超燃发动机燃烧室设计提供基础性、用得上的雾化测量数据。创新点是：（1）在PLIF测量中充分利用煤油自身受激辐射荧光特性和液滴群作为示踪粒子，避免加入示踪剂或粒子对超声速流场的扰动。（2）探索多点Mie散射测量粒径的方法和集成技术，为在线测量提供技术支持。

本项目目的是将PLIF、Mie散射和激光全息成像等定性和定量光学方法用于煤油超燃冷态混合和燃烧流场诊断。在直连式煤油超燃冷态雾化实验台上，针对含平板和凹槽燃烧室结构，主要进展包括：（1）实现煤油PLIF在线测量煤油超燃冷态雾化和混合流场，给出扩散范围、穿透深度等数据。（2）基于激光Mie散射理论，发展了以线阵CCD为探测器两点粒径在线测量技术。（3）基于激光全息，结合数据处理和光学再现，可给出任意指定截面的粒径分布。Mie散射和激光全息测得的粒径均未4~10微米、量级接近。（4）采用高速纹影和PLIF，对不同接否闭式凹槽燃烧室流场煤油扩散混合问题开展了系统地实验研究。（5）基于NO-PLIF，在超声速风洞中研究了NO喷射混合的浓度分布。总的说来，本项目实现了先进光学技术在煤油超燃冷态混合测量中的应用，也初步搞清了剪切层、漩涡、激波系和气流及凹槽结构的相互作用机制。